智能化小區設備優化建設與應用

張杰，徐永健

（國網浙江天臺縣供電有限公司，浙江臺州，317200）

1 智慧小區建設的需求分析

1.1 需求分析概述

智能化小區設備優化建設是目前社區管理發展的必然趨勢。但我國目前對于智慧社區系統的建設未形成一套完整的系統。首先社區智能化系統管理在我國屬于一個新型領域，我們不能盲目的引入各種新型技術，應積極調研行業內智能社區管理系統的發展現狀以及成果，在大技術背景下明確智能化系統的建設方向，尤其是在中國城市化進程快速發展的今天，很多城市將面臨以下兩方面的矛盾，一方面隨著城市人口的增長，資源變得日益短缺，一些大中城市經濟凈收益率逐漸下降。另一方面人們從日常居住到出行，從工作到娛樂，不僅對生活質量的要求越來越高，同時對城市宜居環境以及可持續發展空間的要求也越來越高。在此背景下，智慧城市的概念也逐步走進人們的視野，并且很快成為眾多城市發展的目標。從智能化管理系統的建設目標來看，系統功能目標的實現，主要是以智能綜合管理平臺為基礎，為小區提供公共設施集中管理，車輛以及小區外部人員進出管理、小區路燈、井蓋等公共設備監測控制、停車位管理、小區安保等服務，從而打造一個平安社區。從系統的創新方面考慮，首先應統一架構，構建集成平臺，將原本分散的各個子系統進行統一調度和管理。其次，在打通原有獨立系統的基礎上，實現小區各子系統之間的聯動以及小區與家居之間的聯動。最后，通過統一的管理模式實現對公共設施的實時信息收集與處理，除了提供一個統一的應用界面外，還可為社區提供個性化應用界面的配置途徑。為了更加貼近用戶需求，我們通過調研一些大、中型城市的小區管理現狀后發現，目前社區管理中存在急需通過統一綜合平臺解決的問題。雖然大部分小區已經有了自己的安防和門禁體系，但仍存在嚴重的不規范和時間差等問題。社區管理過程中設備運行情況、問題記錄等均過分依賴于管理人員，而這種管理已經不能滿足住戶的實際需求，而且調研中我們發現有部分社區住戶對管理者提供的服務有所不滿，急需提供一套信息系統來提高住戶的生活質量和管理質量。

此外，從小區配電臺區的智能化改造來看，0.4kV側供電點數據的采集，目前重點依賴用戶測量表的數據。隨著用電安全性以及供電可靠性的要求越來越高，低壓分支開關處需適當增加相應的計量手段與監控手段，因此應推出智能型斷路器。配電臺區安裝臺區智能監測裝置，低壓線路開關采用智能開關或分支監測單元，將臺區分層級抄續電量后，能夠實現線損的計算，便于日后快速査找竊電點和線損點。

1.2 可行性分析

現如今，科學技術不斷發展，社會不斷進步，出現了智能小區和智慧家庭等先進的理念。而智慧化家庭和智能小區的建設離不開先進的智能設備，對智能設備優化建設能夠提高智能設備的工作效率，保證設備能夠安全、穩定、高效的運行，有利于建立智能化小區和智慧家庭，也越來越社會的發展。因此，智慧化小區設備優化建設與應用具有可行性。

設備優化建設的監測低壓配電是最重要的優化建設環節之一，對監測低壓配電進行優化建設是對其出現的運行參數，包括電流、電壓、電阻以及功率等，比較開關狀態和運行參數相關信息，從而能夠使用能源調控、故障監測、能源監測、控制監測等多種方法實現能源優化利用，對能耗所有的信息進行收集、整理、儲存、分析，并且能夠對能耗信息進行管理和控制，從而能夠實現數據處理、儲存和信息共享一體化，能夠構建綜合能源評價體系，為創新出新體系提供了基礎。首先在智慧小區變配電設施安全管理標準上，對于保護安全用電設備來說10千伏系統繼電保護其采用的是微機繼電保護裝置，對于10千伏進線采用速斷保護、過濾保護以及零序保護；對于10千伏母線采用速斷保護以及過濾保護；對于10千伏饋線采用速斷保護、過濾保護、變壓器高溫報警以及變壓器超溫跳閘等。其中變壓器采用高環保環氧樹脂澆筑的非晶合金干式變壓器，其設置了溫度監測冷風系統和報警裝置，同時還設置電子干擾設備，能夠確保變壓器不受環境中任何電子干擾，在安裝過程中可以采取降噪音、減震等措施，采用特殊接線方式設置超高溫報警，其箱體等級為IP20。

配電臺區的智能改造能夠實現以下功能：第一，信息綜合采集，狀態全面感知，在各分支開關上安裝智能開關或者狀態傳感，能夠對所有設備信息統一采集和編址，呈現區臺設備拓樸結構，維護系統管理和運行。第二，深化技術應用，適應功能拓展。利用智能化邊緣和終端容器的計算能力，開展電三拓樸自動識別、戶變關系識別、停電事件上報、線損細化分析、智能斷路器動能等應用，與配網主站連接，呈現出具體分析效果。

綜上所述，智慧化小區的設備優化建設與應用具有重要的作用，其具有一定的可行性和科學性，能夠促進其建立智能化小區和智慧化家庭，促進了社會的發展。

2 智慧小區的系統結構

2.1 系統總體架構

智慧社區綜合系統構架主要結合公用配電以及用居民環境特點，設計用電信息采集系統，智能化儀表剩余電流火災報警系統，功率因數補償裝置等。在配電臺區的智能化改造中，0.4kV側供電數據的采集目前主要依賴于用戶側電表的數據，隨著供電可靠性與用電安全性的要求越來越高，低壓分支開關處需要增加相應的計量與監控手段，因此推出智能型斷路器。

2.2 系統功能及特點

對配電信息進行收集和分析。該功能能夠對小區所有的配電信息進行收集、儲存和處理，采用小區配電變壓器采集儀以用于配電信息等的采集。小區配電信息多而復雜，傳統的數據采集和分析系統效率低，影響其配電效率。為了提高配電信息的處理能力，該系統優化了數據采集的能力，對電能表數據采集，配電變壓器狀態量，交流模擬量等數據進行采集、儲存和分析。數據處理主要是針對小區配電變壓器采集儀具有數據儲存等多個功能，能夠保存近1個月的數據和12個月的數據，可支持主站軟件采集實時數據和15分鐘的數據。參數設置以及查詢主要包括時鐘、限值等相關參數的設置，查詢。事件記錄主要針對小區配電變壓器采集儀。在數據采集過程中，也可以對配電進行24小時的檢測，保證其能夠正常、穩定的運行。當其出現問題時，能夠將相關的數據通過以太網以及無線公網通信等方式進行傳輸，將故障源、故障類型等故障信息及時地傳遞給配電平臺、維修人員，從而能夠設備的安全，防止因故障帶來更大的損失。對于小區配電變壓器采集以及具備下列特點：首先，能夠準確、快速的收集和處理配電信息，保證配電設備安全、穩定的工作。利用zigBee無線網絡構建該系統，既可以節約成本又可以在一定程度上解決電力通信內外網隔離后信息安全輸出問題。其次，小區配電需要實時傳輸，利用以太網和無線傳播，能夠實現實時傳播和同步傳播，讓小區配電能夠安全、穩定的運行。

對于戶內用電信息采集來說，信息采集主要是對戶內的用電信息、用電設備等進行采集，也可以對戶內空氣開關出線線路進行信息采集。居民用電設備信息采集采用智能插座，通過對智能插座信息的收集，從而實現戶內居民用電信息的收集。智能插座是指當用戶出現用電情況時，對用電信息進行統計和存儲，是一種最直接、最有效地戶內用電信息收集方法。智能插座智能開關通過zigBee無線通信的方式與無線網、以太網等通信方式相連接，將戶內用電信息進行同步收集和存儲，而家居智能網關則可以利用在zigBee通信模塊進而接收智能空氣開關和智能插座所收集的數據，通過對其收集和傳遞，將戶內用電信息進行統計、收集、整理和存儲。智能插座、智能控制開關能夠準確地匹配到無線設備，將收集的數據準確無誤地傳遞給收集平臺，保證數據真實、可靠。該設備無需進行布線安裝便捷，具有較強的運行可靠性，能夠滿足日常戶內用電信息采集需求。

2.3 系統特點

在變電所低壓配電系統中需要進行剩余電流火災報警系統的設置，從系統組成上來看，需要在低壓配電柜中進行電流監測模塊的安裝，對設備進行監測和保護，保證設備能夠正常、穩定的工作，也能夠將設備進行連接，以該系統為中心，通過無線連接將所有設備進行連接，從而能夠實現交流、管理和控制等功能。在消防控制室中安裝報警控制單元，可采取聲控報警的方式，同時能夠向消防控制室進行報警信號的傳送。從系統功能上來看，能夠現場整定剩余電流閾值，結合實際情況基于正常值下設置報警值，預警值，進行線路溫度的實時監測，能夠針對線路溫度溫升情況進行在線監測，現場設定報警值和預警值。報警控制器需要實現漢字化界面，同時其具備雙通訊接口，能夠與探測模塊進行通訊，同時還能夠與其他智能系統實現互聯互通。此外，整體來看，對于配電臺區的智能改造要求實現對末端低電壓分析、線路重載點定位、三相負載不平衡點定位、以及線路分級線損分析，以此為小區居民打造平安社區。

3 智慧小區的系統設計

電力光纖入戶主要是指光纖負荷低壓電纜或將普通光纖線纜隨低壓電力線敷設，進而實現由配電變壓器到電能表，并由電能表到戶的光網絡通信方案。

ZigBee是新型低復雜度，近距離，低功耗的無線網絡技術，利用ZigBee設備自動路由和自動組網特點，可構成配用電網終端信息傳輸通道，與現有電力光纖通信融合能夠將電能表，開關柜，配電變壓器等終端信息傳送給電力企業各部門，同時也能夠將設備配置參數等相關信息傳送給現場監控設備，更好的實現現場信息的采集、處理。針對智能小區設計基于ZigBee通信網絡系統其在配電故障定位，用電信采集，配電監測等多個領域中具有廣泛應用空間。

從系統的物理架構上來看如下圖所示為整合7種通訊方式的用電采集系統物理架構。

在設計電力光纖入戶時，電力光纖入戶是有兩個通道構成的：一個是遠程通道的建立，另一個是小區內部通道的建立。遠程通道的建立，一般以普通光纜作為建設的光纖通道，小將小區的電力專用光纖與小區外的相連接，構建新的連接通道；第二為小區內部通道建設，通過小區內的主配電房對小區每個用戶進行配電等，從而實現同步配電和多方配電，讓其發揮出最大作用。而且針對低壓分支箱二次分光，可以使用光纖復合電纜對各單元表箱進行有效連接，通過相應的連接將戶內的子網系統和戶外的系統相連接，而且能夠更好地對戶內系統進行控制、信息傳遞和管理等，完善了系統的功能，促進了小區智能化發展。